7.5.2. Фізико-механічні методи очищення стічних вод

Мембранні методи очищення. В основі мембранних методів очищення лежить процес відділення дисперсної фази від дисперсійного середовища за допомогою напівпроникних мембран.

Мембрани – плівки, пластинки, порожні нитки полімерів, скла, металів, що вибірково пропускають окремі компоненти розчинів і колоїдних систем. Мембрани поділяються на гомогенні і гетерогенні.

Класифікація мембранних методів:

• мікрофільтрація,

• ультрафільтрація,

• зворотній осмос,

• діаліз,

• електродіаліз.

На практиці в більшості застосовують зворотний осмос, ультрафільтрацію і електродіаліз.

Переваги мембранних методів:

• не вимагаються спеціальні хімічні реагенти, продукти очищення не є джерелами забруднення,

• процес очищення проходить без зміни фазової сполуки води і домішки,

• технологічне устаткування малогабаритне і просте.

Осмосом називають процес однобічної дифузії розчинника (води) у розчин через напівпроникну мембрану.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) – процес фільтрування стічних вод через напівпроникні мембрани, які пропускають розчинник (воду) і затримують розчинені речовини (гідратовані іони і молекули органічних сполук), під тиском. При концентрації солей 2-5 г/л повинен бути тиск до 1 МПа, а при концентрації солей 10–30 г/л – близько 10 МПа.

Ультрафільтрація – процес відділення дисперсної фази від дисперсійного середовища шляхом фільтрування колоїдних розчинів через напівпроникні мембрани.

При ультрафільтрації колоїдні частки осідають на поверхні фільтра, а фільтрат, що містить розчинені речовини переходив у розчинник. Щоб прискорити процес фільтрації, його проводять під вакуумом або під тиском. Тоді над фільтром створюється надлишковий тиск.

Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярних речовин, завислих частинок та колоїдів.

В процесі зворотного осмосу завислі речовини залишаються в об’ємі, а при ультрафільтрації – осідають на фільтрі.

Діаліз – процес дифузії солі через пористу перегородку з розчину з більшою концентрацією в розчин з меншою, під дією градієнта концентрації. Щоб здійснити перенесення іонів з менш концентрованого розчину в більш концентрований, тобто проти градієнту концентрації, необхідно прикласти різницю потенціалів.

Електродіаліз – це процес перенесення іонів електроліту через селективні іонообмінні мембрани під дією постійного електричного струму. Швидкість перенесення визначається силою електричного струму.

Основним обладнанням є електродіалізатори, що складаються з катіонітових та аніонітових мембран. Електродіалізний апарат почергово розділяється на камери аніоно- і катіонообмінними мембранами. Відстань між ними складає 0,5 – 1,5 мм. У міжмембранному просторі міститься негативний розчин. Через іонообмінні мембрани мігрують аніони, через катіонообмінні – катіони. В одній камері здійснюється знесолювання розчину, а в іншій – його концентрування. На кінцях апарата розташовані електроди, на які подають постійний електричний струм. На практиці використовуються багатокамерні електродіалізатори.

Електродіаліз застосовується, коли концентрація розчинених речовин у стоках знаходиться в інтервалі 1–10 г/л, якщо концентрація вище 10 г/л, то економічно вигідніше проводити просте випаровування, якщо концентрація менша 1 г/л – застосовують іонообмінний метод.

Електродіаліз застосовується для демінералізації стічних вод. За допомогою електродіалізу із стічних вод вилучають кольорові, благородні і інші метали (мідь, цинк, нікель, золото, срібло і ін.).

Флотація – процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода – повітря, вода – тверда речовина). Процес очищення ПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає в утворенні системи "частинки забруднень – бульбашки повітря", що спливає на поверхню та утилізується.

Флотаційне очищення стічних вод здійснюють в апаратах двох типів, які відрізняються способом диспергування повітря:

• турбіною насосного типу (повітря розпилюється біля дна, бульбашки спливають і виносять з собою домішки забруднень, піна з забрудненням знімається з поверхні),

• напірною флотацією з додаванням коагулянту (аерація води здійснюється під тиском).

Оптимальний розмір домішок складає 10^-5 – 10^-3 м. Дрібнодисперсні частинки величиною менше 5 – 10 мкм флотуються дуже погано, тому їх попередньо укрупнюють за допомогою коагуляції або флокуляції.

Флотаційне очищення використовується при видаленні нафтопродуктів, різних олій, смол, гідроксидів, дрібнодисперсних часток, для поділу мулових сумішей при біохімічному очищенні. Ефективність флотаційного очищення досягає 85-95%.

Для того, щоб інтенсифікувати процес утворення агрегату пухирець-частка у воду додають спеціальні реагенти: збирачі, піноутворювачі і регулятори, що збільшують гідрофобність поверхні часток, дисперсність і стійкість газових пухирців.

Залежно від способу насичення води пухирцями розрізняють:

• флотація з видаленням повітря з розчину – вакуумна і напірна флотація,

• флотація з механічним диспергуванням повітря – безнапірна і пневматична флотація,

• барботажна флотація – подача повітря через спеціальні перфоровані труби чи пори,

• електрофлотація,

• хімічна флотація,

• біологічна флотація.